软土地基水泥土搅拌桩地基处理设计.doc

地基处理课程设计任务书
设计资料：
一、 工程地质条件：
某公寓场地主要为高压缩淤泥质粉质粘土，厚度超过32m，地下水位约为地表之下1.00 m。各土层物理力学性质指标见表2-1。 土层物理力学性质指标表 表2-1
土层名称
原厚
（m）
含水量
W
（%）
重度
r
（kn/m3）
孔隙比
e
塑性
指数
Ip
液性指数
IL
内摩擦角ψ
(o)
粘聚力
C
kpa
压缩模 量
Es
(kpa)
承载力设计值（kpa）
填土
0～0.5

18.2

淤泥质粉质粘土
0.5～32
47
17.4
1.31
1.4
1.78
17.5
4
2090
60

二、工程概况
某公寓6层砖混结构体系，楼、地、屋面均采用预应力多孔板，240㎜厚砖墙采用烧结普通砖实砌，钢筋混凝土条形基础、φ500㎜水泥搅拌桩复合地基，其截面积Ap=0.196m2.上部结构线荷分布（算至室外地坪）。如下图2-1。

图2-1上部结构线荷载平面
根据室内实验水泥土中不同αω时的fcu.k如表2-2：
水泥土αω与fcu.k关系 表2-2
αω（%）
10
12
14
15
18
20
fcu.k(kpa)
900
1100
1300
1500
1800
2100
同时：E50=126fcu
地基处理课程设计计算书
一、 确定基础平面尺寸及复合地基承载力

图1 基础剖面

1. 复合地基承载力估算
选定桩长L=11.5m置换率m＝15％，选用水泥土中αω为20%，ｆcuk为2100KPa.则单桩承载力特征值(不考虑桩端土承载力)为（以下两者中取小者）：

Ra=0.30×2100×0.196=123.5KN

Ra=3.14×0.5×7×11.5=126.4KN
复合地基承载力标准值(桩间土地基承载力折减系数=0.8)为：
ｆSPK=0.15×123.5/0.196＋0.8×(1-0.15)×60=135.3KN
按ｆSPK=135KN计算条基宽度B
由图1，基础自重按20kPa计算。根据图2-1上部结构线荷载平面图，条基宽度计算如下
(1) 轴条基宽度
轴的最大线荷载为100KN/m,若取B＝1 m，则基底压力为100＋20=120KPa≤ｆSPK=122KPa. 由于搅拌桩的直径为Φ500mm，根据构造要求，条基的最小宽度应为l m。所以，轴的条基宽度取为l.5 m。
(2) ②～⑦轴条基宽度
取一个开间宽度作为计算单元，如图1-1所示。
基总面积：1.5×3.6×4（根）＋2×B×4.5=9B＋21.6（m2）
上部总荷载： 190×6.0×2＋100×3.6×2＋75×3.6×2=3540KN
基础自重： (9B＋21.6 )×20(KN)
根据力的平衡条件，得：(9B＋21.6 )×122=3540＋(9B＋21.6 )×20 解方程得：B=1.46m 根据构造要求，取B=1.5m
(3) ①、⑧轴条基宽度

单个单元：条基总面积：1.5×1.8×4＋9.6×B/2＋15.6×B/2=12.6B＋10.8(m2)
单个单元：上部总荷载：140×14.1＋(100＋75)×2×1.8=2604KN
单个单元：基础自重：(12.6B＋10.8)×20(KN)
根据力的平衡条件，得：(12.6B＋10.8)×122=2604＋(12.6B＋10.8)×20 解方程得：B=1.17m 根据构造要求，取B=1.2m
2. 根据上述计算结果分析复合地基承载力ｆSPK=122KPa
基础平面如图1-2所示

基础总面积为：
A=15.6×26.4－0.6×24－2.25×4.5×4－2.1×4.5×10=262.44m2
二、计算不同置换率对应的总工程量(桩长总延米数)
基础总面积：A=262.444m2 复合地基承戴力标准值：ｆSPK=122KP
桩径Φ500mm、桩周长U＝3.14×0.5＝1.57m
桩截面面积：m2
桩间土承载力标准值：ｆs,k=60KPa
桩间土承裁力折减系数：β=0.8 桩端土承载力折减系数：α=0
桩水泥土强度折减系数：=0. 30
桩顶施工凿桩高度：ΔL＝0.5m
对应于不同置换率(m＝10％、12.5％、15％、17.5％、20％)情况下的单桩竖向承载力、桩数n、桩身水泥土强度qu、桩长L及桩长总延米数M分别计算如下。计算结果列于表2
=
=【122－0.8×(1-m)×60】×0.2/m
=14.8/m＋9.6(KN)
N=mA/Ap=m×262.44/0.2=1312m 根
桩身水泥土强度：ｑu=/Ap=17（kPa）
土的承承力：Ra=ｆs,k×UL=1.57×7L=10.99L
L= Ra/10.99 (m) （m）
不同置换率情况下工程量计算 表2
m（%）
（kN）
n（根）
（kPa）
L（m）
M（m）
10
157.6
132
2679.2
14.4
2056.2
12.5
128
164
2176
11.7
2098.4
15
108.3
198
1841.1
9.9
2142.4
17.5
94.2
230
1601.4
8.6
2184
20
83.6
264
1421.2
7.6
2219.4
注：考虑到工程的对称性，桩数均取为偶数。

三、桩位布置
桩位的平面布置应按适当的面积置换率m和较小的总延长米数M为原则。面积置换率m不能太小，否则，单桩承载力要求过高，水泥土强度或施工机械不能满足设计要求；面积置换率m也不能太大，否则桩数太多、桩距太密、影响单桩承载力的发挥，不经济
本例选择两种面积置换率(m＝10%，12.5%)进行试排桩，如图1-3所示。当m＝10%时，实际总桩数，n＝152，总延长米数M＝152×(14.4+0.5)=2264.8m，当m＝12.5%时，实际总桩数n=184，总延长米数M＝184×(11.7+0．5)=2244.8m。两者相比，m＝15%时的工程量较省，因而本工程实际采用面积置换率m=12.5%排桩。桩位布置如图1-3

图1-3桩位平面布置

图1-4假想实体基础平面
四、下卧层强度验算
将加固后的桩群视为一个格子状的假想实体基础(平均重度取18.5kN/m3)，
如上图所示。轴由于桩距较近，视为假想实体基础的一部分。则：
假想实体基础的底面积：
F1=25.9×15.1－3.1×5.5×14=152.4m2
假想实体基础的侧表面积：
m2
轴间无基础之空地面积：S=0.6×24=14.4m2
实际基础底面积：A=262.44m2
上部线荷载总重：P1=(75+100)×25.2×2+140×14.1×2+190×6×12=26448kN，
实际基础自重：P2=20×262.44=5248.8kN
轴间空地自重：P3 =(17.4×11.7) ×14.4=2931.55kN
假想实体基础自重：G＝(17.4—10) ×152.4×11.7=13194.79kN
假想实体基础侧摩阻力： =3776.76×7=26437.32KN
桩间土反力总和:
桩端下卧层平均应力：

桩端下卧层承载力标准值：

＝60kPa， D＝11.7+1.0＝12.7m，nd＝1.0

= 60+ 1.0×8.22×（12.7 - 0.5）=160.3kPa
满足要求
五、地基变形验算

地基沉降由桩群体压缩变形和下卧天然软土层变形两部分组成。

为搅拌桩群体的压缩变形，为桩端下未加固土层的压缩变形。
的计算方法：
采用复合模量法，将复合地基加固区增强体连同地基土看作一整体，采用置换率加权模量作为复合膜量，复合膜量也可根据实验而定，并以此作为参数求。
的计算方法：
采用应力扩散法，此法实际上是地基规范中验算下卧层承载力的借用，即将复合地基视为双层地基，通过一应力扩散角简单地求解未加固区顶面应力的数值，再按弹性理论法求解整个下卧层的应力分布从而求。
的计算：
搅拌桩复合土层的压缩模量：
搅拌桩的压缩模量可取
桩间土的压缩模量：
面积置换率：m=0.125

搅拌桩复合土层的压缩变形：

的计算： 附加应力：
，, ,,

沉降计算深度：
沉降计算：
表4 用规范法计算基础最终沉降
点号

l/b
z/(b/2)

0
0
1.7
0
1
0

1
5
0.64
0.976
4880
4880
0.00165
8.05

2
10
1.2
0.904
9040
4160
0.00165
6.86

3
15
1.92
0.776
11640
2600
0.00165
4.29

4
20
2.56
0.688
13760
2120
0.00165
3.50

5
21.9
2.80
0.662
14498
738
0.00165
1.22
23.9
0.025

查表得：

所以最终沉降量：

地基最终沉降

六、水泥掺合比确定
由表2可知，本工程采用的水泥搅拌桩要求水泥土强度qu≥2176kPa。应根据现场土质，通过室内试验，确定恰当伪水泥掺合比，以满足水泥土强度的设计要求。当有经验时，也可不做试验，根据经验确定恰当的水泥掺合比。
施工要点
水泥搅拌桩复合地基的性质很大程度上取决于水泥搅拌桩的桩身质量、即桩
身水泥土的强度和搅拌的均匀程度
一、施工机具
国内目前所用的水泥搅拌桩机具主要有中心管喷浆的双头搅拌机和叶片喷浆的单头搅
拌机，单头搅拌还有一种粉体喷搅机，前者用水泥浆作工作液体，而后者则用水泥粉体以雾状喷入加固土体，凭借钻头的叶片旋转使水泥粉体与土体充分搅拌混合。一般说来，用水泥浆作工作液的所谓“湿法搅拌”与水泥粉以雾状喷入的“干法搅拌”棍比，前者应用比较广泛，因此该处介绍的施工要点主要是湿法搅拌。
水泥搅拌桩的施工机具由主机和配套设备组成。主机包括动力、搅拌和输浆三部分。主机的关键部分是搅拌轴和搅拌头。对于双头搅拌机，搅拌头为带硬质合金钢的两个叶片，直径0.7一0.8m。单头搅拌机在搅拌头上分别安装搅拌叶片和喷浆叶片，搅拌叶片和喷浆叶片一上一下，两者相距约0.5m。叶片直径约0.5~0.7m，其中以直径等于0.5m者较为常用。
配套设备包括灰浆拌和机、集料斗、灰浆泵以及电气控制柜等几部分。
二、水泥浆制备
(一)根据水泥掺合比确定水泥掺合量()，当水泥掺合比（）确定后，水泥掺合量可按下式计算

式中： — 水泥掺合比，通常取=15%；
r — 天然土体的湿重度（kN/m3）；
w— 平均加固（搅拌）1m3土所需要的水泥掺合量，通常＝2.5kN／m3；
（二）水泥浆水灰比
水泥浆水灰比根据施工条件而异，即根据加固土的含水量及输浆情况决定合适的水灰比。水灰比取值范围一般为0.8~1.0（水：灰）
（三）外掺剂
石膏和木质素磺酸钙(简称木钙)是两种最常用的水泥搅拌桩外掺剂。石膏与
水泥水化物反应生成的钙钒石结晶能大量吸附软粘土中的自由水分，因此有增强作用，是一种良好的
早强荆。此外，在水泥硬化过程中还具有一定的缓凝作用，有利于搅拌施工。石膏掺合量约
为水泥用量的2倍。
木钙主要起减水作用，以增加水泥浆的稠度，便于泵送，但对水泥土的强度影响不大。木钙的掺合量为水泥用量的0.2%。
三、成桩工艺
（一）水泥搅拌桩机就位；
（二）叶片喷浆搅拌并下沉，下沉速度不大于lm／min，下沉时旋转速度不大于60转／min。
（三）喷浆搅拌并上提。叶片下沉到底后，原地喷浆一定时间；以同样速度上提至孔口，于是水泥搅拌桩成桩完毕。必要时在孔口以下1／3桩长段进行复搅拌。
（四）关闭水泥搅拌机，移机至下一个桩位。
四、水泥搅拌桩复合地基基础开挖
水泥搅拌桩成桩施工完毕后，基础开挖时应将上部500cm左右成型较差的桩段挖去，然后再浇筑混凝土基础。
五、质量检验
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2002）规定，水泥搅拌桩应在成桩后7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数用对比法判断桩身强度。被检验的桩的数量应不少于完成桩数的2％。
在下列情况下尚应进行取样、单桩载荷试验或开挖检验：1. 经触探检验，对桩身强度有怀疑的桩应钻取桩身芯样，制成试块并测定桩身强度，2. 场地复杂或施工有问题的桩应进行单桩载荷试验，检验其承载力；3. 对相邻桩搭接要求严格的工程，应在桩养护到一定龄期时选取数根桩体进行开挖检验。
基槽开后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合规定要求，则应采取有效补救措施。
据现有轻便触探击数（N10）与水泥强度（qu）对比资料，似有如下关系：
表1 轻便触探击数（N10）与水泥土强度（qu）关系
N10（击数）
15
20~25
30~35
>40
qu（kPa）
200
300
400
>500

六、水泥搅拌桩复合地基载荷试验要点：
(一)复合地基载荷试验的压板可用方形或矩形。单桩复合地基载荷试验压板的面积为
一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验压板的尺寸按实际桩数所承担的处理面积
确定。
(二)压板底高程应与基础底面设计高程相同，压板下宜设中粗砂找平层。
(三)加荷等级可分为8~12级，总加载量不宜少于设计要求值的两倍。
(四)每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后每隔半小时读一次沉降。当加载量尚未超过设计要求值时，一小时内沉降量小于0.1mm才可加下一级荷裁；当加载量大于设计要求值后，一小时内沉降量小于0.2mm即可加下一级荷载。
(五)当出现下列现象之一时，可终止试验：
1. 沉降s急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显的裂缝；
2. 总加载量已为设计要求值的两倍以上；
3. 累计的沉降量已太于压板宽度的l0％。
满足第1种情况时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。
以上载荷试验要点引自《软土地基深层搅拌加固法技术规程》。
参 考 文 献
1. 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册。北京：中国建筑工业出版社，2002
2中华人民共和国行业标准．建筑地基处理技术规范(JGJ79—2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002
3. 中华人民共和国行业标准．软土地基深层搅拌加固法技术规程(YBJ225—91). 北京：中
国建筑工业出版社，199l
4. 陈善雄.长、短桩相结合的水泥粉喷桩复合地基设计计算方法探讨[J].土木工程
学报.2002；79~81
5. 陈昌富.肖淑君.牛顺生.长短桩组合型复合地基优化设计方法研究[J].工程地质学报.2006:
229~231
6.孙艳林.长短桩复合地基设计计算的探讨[J].岩土工程技术.2004：252~254